Biomateriales y artroplastia

1. Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Facultad de Enfermería
Lic. En Enfermería
Núcleo Integrador de Enfermería Procesos Productivos II
“Biomateriales y la artroplastia. repuestos para el cuerpo humano”
Docente:
Lic. Enf. Guadalupe Pachicano Acosta
Presenta:
García Prendes Rosa Isela
VI Semestre Grupo “A”
San Luis Potosí S.L.P, Febrero del 2011.

2. INDICE
Pág
I. Introducción/ Justificación …………………………………………………………………………………………………………………………….3
II. Objetivos………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4
2.1 Objetivo General…………………………………………………………………………………………………………………………………………4
2.2 Objetivo Especifico…………………………………………………………………………………………………………………………………..…4
III. Contenido……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5
3.1 Antecedentes Históricos ……………………………………………………………………………………………………………………………..5
3.2 Biomaterial………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5
3.3 Biomecanica……………………………………………………………………………………………………………………………………………..…5
3.4 Características de un Biomaterial……………………………………………………………………………………………………………..5
3.5 Importancia de las propiedades del Biomaterial…………………………………………………………………………………….6
3.6 Multiplicidad de Usos quirúrgicos del Biomaterial………………….……………………………………………………………….7
3.7 Artroplastia………………………………………………………………………………………………………………………………………………….7
3.7.1 Materiales protésicos en la artroplastia de cadera………………………………………………………………………………..8
3.7.2 Indicaciones………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
3.7.3 Contraindicaciones…………………………………………………………………………………………………………………………………..9
3.7.4 Complicaciones ………………………………………………………………………………………………………………………………………..9
3.7.5 Resultados a medio y largo plazo…………………………………………………………………………………………………………10
IV.Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………………………………10
V. Referencias Bibliográficas………………………………………………………………………………………………………………………..…10
VI. Anexos …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11
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3. I. INTRODUCCION
Más de cincuenta millones de personas en todo el mundo tienen implantado algún tipo de
prótesis y es un hecho bien conocido en nuestra sociedad la utilidad y necesidad de todo tipo de
implantes, siendo raro que en nuestro entorno próximo no conozcamos algún caso de familiar o amigo
que los necesite.
Los biomateriales están destinados a su aplicación en seres vivos, y para su fabricación se requiere la
coordinación de expertos de muy diversos campos. El campo de los biomateriales ha experimentado
un espectacular avance en los últimos años y una motivación importante para ello ha sido el hecho de
que la esperanza de vida aumente de forma considerable.
Según los demógrafos de las Naciones Unidas, dentro de unos 5 años es muy probable que haya más
personas de más de 60 años que niños de menos de 15. Hoy en día una de cada diez personas tiene 60
años o más, pero en el año 2050 se prevé que será una de cada cinco. Y se prevé también que el
número de los que tienen unos 80 años se multiplicará por cinco. La longevidad masiva tiene
implicaciones individuales relacionadas con mantener la calidad de vida.
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4. II.OBJETIVOS
2.1 Objetivo General:
La finalidad de este informe es conocer la importancia de los biomateriales utilizados en el
organismo, la seguridad, efectividad y eficiencia de acuerdo a sus características y necesidades así como
su participación en la artroplastia de cadera
2.2 Objetivo Especifico
 Conocer las generalidades de un biomaterial así como su aplicación en el organismo, con un
mayor enfoque hacia la artroplastia
 Conocer los materiales de prótesis más frecuentemente utilizados en nuestro medio
 Identificación de posibles complicaciones del procedimiento
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5. III.CONTENIDO
3.1 Antecedentes Históricos
Desde la primera artroplastia realizada en 1826 por Jhon Rhea Barton esta técnica quirúrgica ha
sufrido numerosas transformaciones. JM Carnochan en 1840 tuvo la idea de interponer un material
entre las superficies articulares, utilizándose fascia, músculo y piel. Aunque en 1890 un cirujano alemán
sugirió la posibilidad de utilizar marfil como material para las artroplastias, siendo la primera ocasión
en que se menciona la posibilidad de fijar los implantes con cemento. Sin embargo, no fue hasta 1937
que MN Smith-Petersen introdujo el primer molde de cristal (mezcla de cromo y cobalto).
En 1940 se utilizó la primera prótesis metálica, llegando al metilmetacrilato en 1948 y al
politretrafluoroetileno (teflon) en 1958. En este momento surgió otro reto, el diseño, intentando llegar a
aquel que incluya un acetabulo fijo combinado con una cabeza femoral que reduzca la fricción y
distribuya las fuerzas.
Por ejemplo, en la última década, una de las innovaciones fue la prótesis no cementada, al conseguir
la fijación mediante el propio crecimiento óseo. En este momento la artroplastia de cadera es uno de
los procedimientos más comúnmente usados.
3.2. Biomateriales
Se pueden definir como materiales biológicos comunes tales como piel, madera, o cualquier elemento
que remplace la función de los tejidos o de los órganos vivos. En otros términos, un biomaterial es una
sustancia farmacológicamente inerte diseñada para ser implantada o incorporada dentro del sistema
vivo.
Los biomateriales se implantan con el objeto de remplazar y/o restaurar tejidos vivientes y sus
funciones, lo que implica que están expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del cuerpo,
aunque en realidad pueden estar localizados fuera del propio cuerpo, incluyéndose en esta categoría a
la mayor parte de los materiales dentales que tradicionalmente han sido tratados por separado
3.3 Biomecánica
Se encarga de estudiar la mecánica y la dinámica de los tejidos y las relaciones que existen entre ellos;
esto es muy importante en el diseño y el injerto de los implantes. Después de realizado un injerto, no se
puede hablar del éxito de un implante, este se debe considerar en términos de la rehabilitación del
paciente; por ejemplo, en el implante de cadera se presentan cuatro factores independientes: fractura,
uso, infección y desprendimiento del mismo.
3.4 Características de un Biomaterial
 Ser biocompatible, es decir, debe ser aceptado por el organismo, no provocar que éste
desarrolle sistemas de rechazo ante la presencia del biomaterial
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6.  No ser tóxico, ni carcinógeno.
 Ser químicamente estable (no presentar degradación en el tiempo) e inerte.
 Tener una resistencia mecánica adecuada.
 Tener un tiempo de fatiga adecuado.
 Tener densidad y peso adecuados.
 Tener un diseño de ingeniería perfecto; esto es, el tamaño y la forma del implante deben ser los
adecuados.
 Ser relativamente barato, reproducible y fácil de fabricar y procesar para su producción en
gran escala.
3.5 Importancia de las propiedades del Biomaterial
La fabricación y el uso de los materiales depende de sus propiedades mecánicas, tales como
resistencia, dureza, desgaste, etcétera. Cuando un material es sometido a deformación por
estiramiento, es posible determinar dos regiones bien marcadas en el comportamiento que
presenta:
 Elástica: la deformación es proporcional al esfuerzo aplicado, el material regresa a su
forma original cuando la fuerza que actúa sobre él se elimina
 Plástica: no existe proporcionalidad entre la fuerza aplicada y el estiramiento, en este caso
el material no regresa a su forma original al anularse la fuerza que actúa sobre él. a
medida que la fuerza crece el comportamiento pasa a ser del tipo plástico, y si la fuerza
sigue creciendo, puede ocurrir la fractura del material.
En los materiales cerámicos y en los vítreos es fácil que ocurra la fractura, además es impredecible
el momento en que esto puede suceder, por lo que, aunque presentan un alto grado de
biocompatibilidad, no son muy usados en implantes.
 Resistencia al impacto: cantidad que puede absorber un material de energía debida a la
fuerza ejercida sobre él por un golpe, es decir, por una fuerza grande en magnitud
aplicada durante un tiempo muy corto.
 Dureza: medida de la deformación plástica, y se define como la fuerza por unidad de área
de penetración en el material.
 Termofluencia: deformación que sufre con el tiempo al someterse a una carga conocida.
 Desgaste relacionado con la fricción entre los dos materiales. En las prótesis de uniones
entre huesos, el desgaste es muy importante, y resulta del movimiento y recolocación de los
materiales usados. Hay tres diferentes tipos de desgaste:
Corrosivo, debido a la actividad química de alguno de los materiales de la unión.
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7. Fatiga superficial, debido a la formación de pequeñas fracturas que pueden dar
lugar a un rompimiento del material.
Abrasivo, en el cual partículas de una superficie son empujadas hacia la otra en la
que se adhieren, debido al movimiento que se tiene.
3.6 Multiplicidad de usos Quirúrgicos de los Biomateriales
Para implantes permanentes:
a) En el sistema esquelético muscular, para uniones en las extremidades superiores e inferiores
(hombros, dedos, rodillas, caderas, etc.) o como miembros artificiales permanentes
b) En el sistema cardiovascular, corazón (válvula, pared, marcapasos, corazón entero),
arterias y venas;
c) En el sistema respiratorio, en laringe, tráquea y bronquios, diafragma, pulmones y caja
torácica
d) En sistema digestivo: esófago, conductos biliares e hígado
e) En sistema genitourinario, en riñones, uréter, uretra, vejiga
f) En sistema nervioso, en marcapasos
g) En los sentidos: lentes y prótesis de córneas, oídos y marcapasos caróticos
h) Otras aplicaciones se encuentran por ejemplo en hernias, tendones y adhesión visceral
i) Implantes cosméticos maxilofaciales (nariz, oreja, maxilar, mandíbula, dientes), pechos,
testículos, penes, etcétera.
3.7 Artroplastia
La artroplastia o sustitución de la articulación de la cadera (PC) es un procedimiento quirúrgico donde
la parte de la articulación afectada o enferma se extrae y se sustituye por una nueva, en este caso
artificial, a la que llamamos prótesis. La articulación coxofemoral se puede sustituir total o
parcialmente.
La intervención suele durar en torno a las 2-3 horas, y después se mantiene al paciente en decúbito con
la cadera fijada en la posición correcta mediante almohadas o instrumentos especiales hasta que se fija
la prótesis. Un tiempo muy breve después requerirá tratamiento rehabilitador, donde el paciente
aprenderá ejercicios que le permitan ir adquiriendo potencia muscular y recuperación de la movilidad
de esta articulación. Aunque no se llegue a recuperar el ángulo de movilidad que tendría una cadera
sana, si se mejora en la mayoría de los casos la situación en que se encontraba antes de la intervención.
En uno o dos días ya se logra la deambulación con apoyo. La estancia en el hospital suele ser corta
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8. (salvo complicaciones) situándose en torno a los 10- 15 días (estancias medias en nuestro en torno entre
14-19) . Pero no hay que olvidar que una recuperación total lleva más tiempo, de 3 a 6 meses,
dependiendo de las características del paciente, de la intervención realizada y del tipo de prótesis
utilizada, requiriendo durante este periodo de tiempo rehabilitación con el fin de reducir el dolor y
rigidez articular, e incrementar la flexibilidad y resistencia muscular. Más adelante se podrá desarrollar
una actividad prácticamente normal, tan solo algunos ejercicios muy bruscos quedarían
contraindicados. Algunos autores llegan a recomendar no realizar baloncesto, y tenis, siendo ejercicios
recomendables natación, andar, bicicleta estática. El ejercicio además de mantener la flexibilidad y
resistencia, también contribuye a mejorar o mantener la calidad del hueso en casos de osteoporosis.
3.7.1 Materiales protésicos en la artroplastia de cadera
Las partes de que constan la prótesis totales son fundamentalmente tres:
− Vástago femoral: Cuña alargada que va alojada en el fémur, fabricados en titanio (a veces
recubierto de aluminia para facilitar la adherencia al hueso y evitar metalosis, desprendimiento de
iones metálicos), aleaciones de cromo.
− Cabeza femoral: Va alojada en el cuello del vástago, con una forma generalmente esférica que
permite el juego entre el vástago y el cotilo. La longitud del cuello es variable en los distintos modelos.
Los materiales empleados en su fabricación son muy variados, entre otros cerámica (alúmina,
zirconita), cromo/cobalto con o sin recubrimiento, acero inoxidable, etc.
− Cotilo o acetábulo: Es la parte que se acopla en la pelvis, pueden ser metálicos (polimetilmetacrilato)
o de polietileno (actualmente de ultra alta masa molecular).
En cuanto a los materiales empleados se puede resumir en tres grandes grupos: mezclas metálicas,
polímeros y cerámicas.
 Mezcla: puede estar basada en hierro (acero inoxidable), cobalto (cobalto-cromomolibdeno,
cobalto-cromo-tugsteno-niquel, cobalto-niquel-cromo-molibdeno) o titanio (titanio solo,
titanio-aluminio-vanadio).
 Combinaciones de titanio: generan menos reacciones biológicas y químicas que las otras, en
concreto la respuesta biológica a mezclas metálicas incluyen toxicidad celular, hipersensibilidad
(especialmente el níquel) y la sospecha no estudiada en humanos de ser carcinogeneticos.
 Cobalto: confiere mayor resistencia al uso.
 Polietileno de ultra alta masa molecular: ha demostrado una excelente resistencia al desgaste,
resistencia mecánica, bajo coeficiente de fricción y autolubricado, convirtiéndolo en un material
muy conveniente para la fabricación de acetabulos.
 Cerámicas: son frágiles pero su tasa de resistencia, que aumenta conforme se le aplican
incrementos de carga, las hace muy adecuadas para este fin.
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9. Algunos cementos incorporan un componente antibiótico, siendo usados sobre todo en revisiones y
demostrando ser altamente coste-efectiva. En los procedimientos no cementados, la prótesis pueden
ser fijada por tres métodos diferentes.
3.7.2 Indicaciones
 Dolor intenso y crónico: que no cede a tratamientos habituales (antinflamatorios, corticoides,
procedimientos rehabilitadores, etc), que suele ir acompañado de fracaso funcional de la
articulación.
Otras patologías que se benefician de la sustitución total o parcial como
 Artritis reumatoide: (que produce dolor, rigidez e inflamación), necrosis avascular (debilitamiento
óseo causado por una defectuosa irrigación sanguínea)
 Artritis traumática
 Fracturas confirmadas no resolutivas
 Tumores óseos benignos y malignos :suelen conducir a una fractura o discontinuidad ósea
 Artritis asociada a enfermedad de Paget
 Artritis reumatoide juvenil
El objetivo principal es el alivio del dolor y mejora de la función articular
3.7.3 Contraindicaciones
 Pacientes de menos de 60 años (en realidad no en una contraindicación absoluta, solo se debe
tener en cuenta que es probable la necesidad de recambio protésico en el futuro)
 Casos patología unilateral, pudiendo continuar el trabajo productivo sin incapacidad
 Cuando no es preciso tratamiento médico, ni alivio de la carga mediante uso de bastón, para el
control del dolor o incapacidad.
 Pacientes que desean la intervención solo para llevar a cavo actividades deportivas
 Obesidad mórbida con imposibilidad de reducción de peso.
 Pacientes con actividad osteomielítica
3.7.4 Complicaciones
Las complicaciones más frecuentes son infección y trombosis venosa, ambas prácticamente controladas
gracias a la profilaxis antibiótica y anticoagulante incluso prequirúrgica además de una movilización
temprana. Algunos autores relacionan la fijación cementada con un mayor riesgo de trombosis venosa
profunda .
Los problemas nerviosos ocurren en las sustituciones totales, en un 0,5 a 3,5 % de las PC primarias y en
un 7,6% en las reposiciones por lo general son parálisis del nervio femoral, en muchos casos no
permanentes
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10. Las fracturas son más frecuentes en prótesis de colocación a presión (5-6,3%) que en las cementadas
(0,4%), y casi siempre ocurren durante la intervención, mientras que solo se presentaron en un 0,1%
después de la sustitución articular, existen también complicaciones postoperatorias, muy poco
frecuentes (prácticamente por debajo del 1%) que se solucionan en corto espacio de tiempo como dolor
precordial (IAM, anginas, etc.), retención o infección urinaria, confusión, neumonía, síncope, etc..
3.7.5 Resultados a medio y largo plazo
En cuanto a otros factores que pueden influir en el buen resultado a corto y medio plazo de una
artroplastia de cadera se encuentra la importancia de la edad y de inserción de la prótesis, demuestra
además que la esperanza de vida del paciente tiene una gran influencia en el coste total del proceso.
Los fallos de la prótesis a largo plazo suelen ser debidas a reacciones inflamatorias y como consecuencia
la reabsorción ósea alrededor de la prótesis. La reacción inflamatoria suele deberse a las pequeñas
partículas que se desprenden de las superficies de la prótesis y que son absorbidos por los tejidos del
entorno, pudiendo llegar a producir la pérdida de la PC. El primer tratamiento es con
antinflamatorios, aunque en ocasiones requiere una revisión quirúrgica.
IV, CONCLUSION
Sin duda alguna, el desarrollo de los biomateriales ha venido a mejorar la calidad de vida de los seres
humanos y ahora toman gran importancia como parte del área de la salud, aun mas con el creciente
promedio de viejos en el país, sumado a la tasa de accidentes de transito que dispara el número de
intervenciones por fractura que requieren muchas de las veces una prótesis o fijación.
Conseguir los mejores diseños y materiales para prótesis es aun todo un reto, al igual que investigar
cual es la influencia que tendrán a largo plazo en los tejidos.
V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 Hoening, Stuart A., y Daphne H. Scott, Aparatos médicos eléctricos, Ed. limusa, México, 2001
 Passmore, R. e I. S. Robson, Tratado de enseñanza integrada de la medicina, vol. I, Ed.
Científico Médicas, México, 2007
 Rayner, C., El cuerpo humano, vols. I y II, Ed. Orbis, S.A., Barcelona, 2008
 Rayner, C., La mente humana, Ed. Orbis, S.A., Barcelona, 2000
 Rivera, A. Fermín, y Manuel Rico B., El cuerpo humano, Ed. Trillas, México, 2005
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11. VI.ANEXOS
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12. Anexo No. 1
Piezas que pueden implantarse en el organismo
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13. Anexo No.2
Materiales para implantación
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14. Anexo No.3
Diversos diseños de componentes de cabezas de fémur y componentes de cadera
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15. Anexo No.4
Ejemplo de Artroplastia de cadera donde intervienen simultáneamente materiales metálicos,
cerámicos y poliméricos
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